【摘 要】
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随着现在战争形态的发展,越来越多的国家开始重视飞行器的隐身能力,具有隐身能力的飞行器将会大大提高战场生存几率或者任务完成几率。飞行器座舱或光电吊舱是其实现搜索、发现和跟踪多目标的核心组成部件,而飞行器的座舱或光电吊舱由于其特殊的腔体结构,将会产生大的雷达散射截面积,从而暴露在敌方雷达之下。因此,在现代战场上复杂的电磁干扰环境中,要想提高新一代武器装备的生存能力,光电探测系统迫切地需要具备强雷达隐身
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随着现在战争形态的发展,越来越多的国家开始重视飞行器的隐身能力,具有隐身能力的飞行器将会大大提高战场生存几率或者任务完成几率。飞行器座舱或光电吊舱是其实现搜索、发现和跟踪多目标的核心组成部件,而飞行器的座舱或光电吊舱由于其特殊的腔体结构,将会产生大的雷达散射截面积,从而暴露在敌方雷达之下。因此,在现代战场上复杂的电磁干扰环境中,要想提高新一代武器装备的生存能力,光电探测系统迫切地需要具备强雷达隐身以抵抗外界电磁波干扰能力。氧化铟薄膜由于其具有高的可见光至中红外波段的宽波段高透过性能和高导电性能被大家所熟知,因此可将其作为飞行器光电窗口表面电磁屏蔽层的首选材料。为了解决航空飞行器光电窗口所需隐身膜层问题,本文利用高功率脉冲反应磁控溅射技术,通过调控反应溅射过程中的滞后回线,探讨了薄膜沉积时靶材表面化学状态与离子轰击的动态过程,解决了高功率脉冲溅射过程中二次电子产额的变化下辉光放电稳定性差的科学问题,进而解决了在反应滞后回线过渡模式下沉积稳定性和样品重复率差的问题,从而得到了具有优异结晶质量和光电性能的氧化铟薄膜和氮掺杂的n型和p型氧化铟薄膜,通过调控晶格结构/载流子与光子的相互作用关系,实现了实现高红外波段透过率和电磁屏蔽的功能。首先,根据高功率脉冲磁控反应溅射过渡态模式下辉光放电稳定性差的问题,通过研究反应滞后回线形成的物理过程,揭示了反应活性气体分子与靶材原子的动态反应过程,抑制了过渡模式下滞后现象,实现了对氧化铟反应滞后回线的精确控制。通过对反应滞后回线的研究发现,靶材表面与舱体中反应气体的反应将会决定薄膜三种溅射方式(金属模式、过渡模式和中毒模式)。在功率模式下,高的抽气速率具有较宽的滞后回线,而低抽气速率的反应滞后回线较窄。在电压模式下,通过调控二次电子的产额,其滞后回线不明显。由于电子和正电荷离子在等离子体中的形成双电层,发现了离化富集区沿着-E×B方向漂移,与电子的逆时针漂移方向相反。其次,瞄准氧化铟薄膜高透过率和高导电之间矛盾的问题,利用反应滞后回线三种沉积模式下膜层的沉积特点,揭示了氧化铟薄膜高结晶质量生长机制,通过调控晶格结构/载流子与光子的相互作用关系,实现了氧化铟薄膜同时具有高透过和高导电性能。根据反应滞后回线,在金属-过渡-中毒模式下,薄膜中氧空位的含量逐渐降低,导致导电性能也随之降低。自由电子的降低,使得红外波段的透过率和等离子波长增加。高离化率和衬底温度使得氧化铟薄膜有垂直于衬底表面的(222)晶面生长的柱状晶结构。最后,根据p型氧化铟薄膜透明导电薄膜制备困难的问题,在中毒模式和过渡模式下利用N元素对氧化铟薄膜进行掺杂,揭示了薄膜中缺陷的类型及形成机制,实现了具有优异光电性能的n型和p型In2O3-N薄膜的可控制备。研究发现,在过渡模式和中毒模式下,对氧化铟薄膜进行N元素掺杂后,薄膜中同时含有一定含量的不饱和In-O键、In-N键和O-N键。在过渡模式下,In-N键和O-N键的存在使得薄膜中含有一定量的空穴,但空穴的浓度小于自由电子的浓度,此时呈现为n型半导体薄膜的特性。在中毒模式下进行N元素掺杂后,薄膜中的空穴的浓度大于自由电子浓度,此时呈现为p型半导体薄膜的特性。在衬底温度为室温时沉积得到的In2O3薄膜的光电品质因子和电磁屏蔽效率最佳,其次为衬底温度为400℃时得到的In2O3薄膜的光电品质因子和电磁屏蔽效率。
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